某连续刚构桥荷载试验

许继明

(中冶南方武汉钢铁设计研究院有限公司,武汉 430080)

某连续刚构桥荷载试验

许继明

(中冶南方武汉钢铁设计研究院有限公司,武汉 430080)

通过对江西省南昌县某连续刚构桥进行静、动力荷载试验,测试其在最不利荷载作用下对应位置的应变、应力、挠度。采用DH5923动态信号采集分析系统,了解结构体系在试验荷载作用下的实际工作状态和受力性能,综合评价结构的强度、刚度以及整体的工作性能。

荷载试验; 应力; 应变; 挠度; 强度; 刚度

连续刚构桥作为大跨径桥梁的主要型式,它施工方便、养护费用低,尤其是高墩时造价明显降低,越来越受到桥梁设计者的青睐。本文以江西省南昌县金沙大道南延工程K9+355桥为工程背景,对大跨径连续刚构桥的静、动载试验的试验内容和过程进行了详细的阐述,具有一定的工程意义和实用价值。

1 工程概况

江西省南昌县金沙大道南延工程K9+355桥为跨友谊渠而建,上部结构为三跨15 m+20 m+15 m钢筋混凝土连续刚构桥,砼强度等级为C30。桥面宽30 m,横向共分为等宽的2幅桥,每幅桥宽15 m,其主跨支点梁高为1.8 m,跨中梁高为0.7 m,梁底曲线为圆曲线。

下部结构为桩接盖梁桥台、薄壁墩,基础为钻孔灌注桩,桥台盖梁高1.5 m,宽1.7 m,台下采用单排钻孔灌注桩基础,桩径为1.5 m;薄壁墩厚0.8 m,墩下采用刚筋混凝土承台,承台厚度1.5 m,台下采用单排钻孔灌注桩基础,桩径为1.2 m。所有基桩均要求进入弱风化泥质粉砂岩不小于1 m。

桥梁按照双幅进行设计,半幅桥面横断面布置形式为:1.5 m人行道+2.25 m非机动车道+11.25 m车行道,非机动车道和车行道之间未设置永久性分隔带。

2 试验目的及内容

荷载试验的目的是检验桥梁结构的整体受力性能和承载力。主要包括静载试验和动载试验。

静载试验主要包括:应力、应变、挠度、裂缝测试,其主要目的是掌握结构现有工作状况,判断桥梁的实际工作状况是否处于正常受力状态。

动载试验主要包括振动波形和动应变测量,其目的是通过测量的数据和纪录的波形,得到桥梁结构的冲击系数、自振频率、阵型与阻尼比等动力特性,以检验桥梁的承载能力、整体刚度,评定桥梁的整体动力特性。

1)静载试验

根据设计标准,利用等效荷载的原则,考虑沥青混凝土桥面铺装层恒载及设计活载叠加作用,计算出试验等效荷载。理论计算采用现行的有限元分析软件,为真实模拟车辆行驶状态及不利情况,加载工况分为对称布载与偏载工况,偏载工况车位偏向人行道侧。

测试内容及仪器

(1)应变测试:采用由弦式数码应变计、集线箱、JMZX-2006综合测试仪组成的采集系统,测定混凝土结构的静应变值;

(2)挠度测试:采用精密水准仪测定结构的静挠度和支座沉降;

(3)裂缝观测:采用裂缝测宽仪对跨中截面梁底、墩顶截面进行观测。

2)动载试验

动载试验的具体测试项目有:模态试验;跳车试验;跑车试验。

(1)模态试验(自振频率测试)

模态试验测试桥跨为右幅桥梁每跨1/4点处均布设测点,通过在固定点激励(中跨1/4处),移动传感器的方式进行测试,一共26个测点。见图2。

跳车试验是在桥面无任何障碍的情况下,用1辆350 k N试验车在试验跨越过跳车板以激发桥梁振动,同时测量桥梁结构的振动响应,并通过采用高灵敏度的拾振器和放大器测量结构在激励下的振动,测量桥梁结构的振动响应,然后进行谱分析,求出结构自振特性。

跑车试验主要是为了测试冲击系数。动力荷载作用于结构上,会在结构上产生应变与挠度,相应的可用测试仪器采集控制断面的动应变或动挠度,动应变(挠度)一般较同样的静荷载所产生的相应静应变(挠度)大。动应变(挠度)与静应变(挠度)的比值称为活荷载的冲击系数。由于应变(挠度)反映了桥跨结构在荷载作用下的受力情况,是衡量结构性能的主要依据,因此活载冲击系数综合地反映了动力荷载对桥梁结构的动力作用,它与结构型式,车辆运行速度和桥面的平整度等有关。

3 试验结果分析

1)静荷载试验结果评定

(1)试验荷载下实测值与理论计算值的比值评定

通过分析试验结果可以看出:对于刚筋混凝土桥梁,在试验荷载作用下,试验桥跨控制截面最大实测挠度和应变的校验系数均小于1.10,说明试验跨段主要控制截面的实际强度和刚度满足设计要求。

(2)实测残余变形值与实测总变形值的比值评定

从试验结果可知,实测残余变形值与实测总变形值的比值均满足《试验方法》中第3.19条Sp/Stot≤0.20要求,说明试验跨段结构的弹性工作性能较好,具有良好的弹性恢复能力。

(3)裂缝情况的评定

从裂缝检查情况可知,在加载前、加载后,试验跨段箱梁跨中截面梁底、墩柱顶等主要受力构件未出现肉眼可见裂缝,说明结构处于正常工作状态。

(4)沿梁高应变分布情况的评定

从试验结果数据分析可知,试验跨梁沿梁高应变测点的实测值基本呈线性变化,与理论值相关性较好,符合平截面假定,说明试验跨段结构处于良好的弹性工作阶段。

2)动荷载试验结果评定

表1 K9+355跨友谊渠桥模态分析结果

表2 K9+355跨友谊渠桥跑车测试结果

表3 K9+355跨友谊渠桥跳车测试结果

根据K9+355跨友谊河桥动荷载试验实测数据与理论计算分析如下:

1)跑车试验实测冲击系数最大为1.25,小于设计规范理论计算值1.30。

2)模态试验和跳车试验所得到的桥梁竖向自振特性基本是一致的;实测一阶基本频率6.13 Hz略大于理论模型计算值5.87 Hz,表明该桥的动力性能和整体刚度满足设计荷载要求。

4 结 论

在试验荷载作用下,南昌县金沙大道南延工程K9+355跨友谊河桥试验跨段结构的应变、挠度校验系数均小于1.10,实测残余变形值与实测总变形值的比值满足《试验方法》要求,主要受力构件未发现肉眼可见的裂缝,结构处于工作正常状态,满足设计荷载下的使用要求。

在试验荷载作用下,桥梁实测一阶基本频率大于理论模型计算值,实测冲击系数小于设计规范理论计算值,说明结构处于正常工作状态,满足设计荷载下的使用要求。

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Loading Test on the Continuous Rigid-frame Bridges

Xu Ji-ming
(WISCODRI Wugang Engineering Co,Ltd,Wuhan 430080,China)

Through loading test on the continuous rigid-frame bridges in nanchang country,Jiangxi province,the corresponding strain,stress and deflection of the bridge were obtained under the most disadvantageous load.And using the DH5923 dynamic signal collection and analysis system,the actual working state and mechanical performance of the structural system were got under testing load.Finally the strength,stiffness and overall job performance of the structure were evaluated.

loading test; stress; strain; deflection; strength; rigidity

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.06.018

2014-08-20.

许继明(1965-),工程师.E-mail:xjmwh@126.com